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Fusion contrôlée : après ITER voilà HiPER !

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Le programme ITER pour la maîtrise de la fusion contrôlée repose sur le principe de la fusion par confinement, c'est normalement la voie la plus prometteuse, mais comme les besoins énergétiques de la planète sont de plus en plus pressants pour les dizaines d'années à venir, il est sans doute bon de ne pas négliger toutes les approches possibles. L'Union Européenne vient donc d'approuver un plan de financement britannique de 500 millions de livres sterling (près de 740 millions d'euros) pour un programme de recherche consacré à la fusion nucléaire mais suivant la voie dite de la fusion inertielle par laser.

Une réaction thermonucléaire allumée par laser (Crédit : Standford.edu).
La réaction de fusion exploitée généralement : un atome de tritium et un atome de deutérium fusionnent pour donner un atome d'hélium et un neutron (Crédit : HiPER).

Une des causes de conflit majeur potentiel du XXIième siècle est sans aucun doute celle de la raréfaction des resources énergétiques. Pour éviter cela, l'humanité s'est lancée dans la course pour maîtriser la fusion thermonucléaire, celle qui fait briller les étoiles. Si l'on arrivait à reproduire de façon stable les réactions de fusion du deutérium avec le tritium, deux isotopes de l'hydrogène, nous disposerions d'une énergie presque propre et virtuellement inépuisable.

Avec ITER, l'idée est de maintenir à très haute température un plasma de basse densité pendant un temps relativement long, de l'ordre de la seconde. On doit mobiliser pour cela des champs magnétiques intenses à l'intérieur d'une cavité torique : c'est la fusion par confinement. On sait allumer la réaction de fusion mais le plasma piégé dans ces champs magnétiques est très instable et les conditions nécessaires à la fusion ne peuvent être maintenues suffisamment longtemps pour que la réaction s'auto-entretienne et produise plus d'énergie qu'elle n'en consomme.

Le projet HiPER, pour High Power laser Energy Research, veut quant à lui renouer avec l'axe de recherches des années 1970 pendant lesquelles les premiers travaux vraiment importants sur la fusion par laser ont été conduits. Aujourd'hui encore, des installations militaires existent, aux Etats-Unis avec le NIF (National Ignition Facility) du Lawrence Livermore National Laboratory, et en France avec le LMJ (Laser Mégajoule) de Bordeaux, dédiées à la simulation des armes nucléaires et qui explorent la physique des lasers adéquats pour réaliser ce qu'on appelle la fusion inertielle.

Avec celle-ci, il faut produire un  plasma avec une très haute densité (supérieure d'un facteur 109 à celui de la fusion par confinement) et le temps de réaction est extrêmement court (de l'ordre du milliardième de seconde). Pour atteindre ces conditions l'Europe veut donc construire le plus puissant laser du monde en espérant grâce à lui faire de la fusion nucléaire une réalité d'ici deux décennies. La localisation du centre de recherche qui abritera ce laser est encore incertaine mais le Royaume-Uni est actuellement le candidat favori.

Le principe de la fusion inertielle

Dans les grandes lignes, le mécanisme mis en jeu pour la fusion inertielle est le suivant.

(Crédit : www.ilp.u-bordeaux1).

On enferme dans une toute petite bille de quelques millimètres de diamètre un mélange de tritium (T) et de deutérium (D) et on soumet celle-ci aux feux croisés de plusieurs impulsions laser longues et très énergétiques afin d'exercer une pression uniforme sur toute la surface de la bille. Par ailleurs, la température élevée atteinte vaporise le matériel qui en s'échappant dans toutes les directions de la bille ajoute une pression isotrope supplémentaire.
Le résultat est l'obtention d'une densité de 300 gr/cm3 et une température 100 millions de degrés Celsius. La réaction de fusion, ou encore d'ignition, peut alors s'enclencher et tout le problème est d'obtenir plus d'énergie par ce moyen que n'en consomme l'allumage de la réaction de fusion.

9 pays : le Royaume-Uni, la France, l'Espagne, l'Allemagne, l'Italie, le Portugal, la Grèce, la Pologne et la République tchèque se sont lancés dans l'aventure qui devrait débuter fin 2007 ou début 2008 par une phase d'études préparatoires. Si celle-ci est concluante, la construction du laser pourrait débuter entre 2012 et 2015. Un « petit détail » quand même, le deutérium est relativement abondant dans l'eau de Mer, ce n'est pas le cas du tritium qui est de plus radio-actif et instable. On doit donc le produire en grandes quantités, par exemple en bombardant du lithium avec des neutrons dans des centrales nucléaires.